ΤΙΤΛΟΣ :ΜΕΤΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΙΣΧΥΟΣ, ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ, ΜΕ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟ ΜΕΤΡΗΤΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΧΡΟΝΟΜΕΤΡΟ.

Transcript

1 ΤΕΙ ΧΑΛΚΙΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Α/Α ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ : ΑΣΚΗΣΗ 11 η ΤΙΤΛΟΣ :ΜΕΤΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΙΣΧΥΟΣ, ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ, ΜΕ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟ ΜΕΤΡΗΤΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΧΡΟΝΟΜΕΤΡΟ. Α. Θεωρητικό μέρος Στην πράξη για τη μέτρηση της ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο επαγωγικοί μετρητές. Οι επαγωγικοί μετρητές αποτελούνται από δυο σταθερούς ηλεκτρομαγνήτες, τον αμπερομετρικό και τον βολτομετρικό, που επενεργούν πάνω σε ένα δίσκο από αλουμίνιο. Ο αμπερομετρικός ηλεκτρομαγνήτης δημιουργεί μία ροή Φι ανάλογη προς την ένταση που απορροφά ο καταναλωτής, ενώ ο βολτομετρικός ηλεκτρομαγνήτης δημιουργεί μία ροή Φu ανάλογη προς την τάση που εφαρμόζουμε στον καταναλωτή. Λόγω κατασκευής οι δυο μαγνητικές ροές Φι και Φυ βρίσκονται σε φασική απόκλιση μεταξύ τους και δημιουργούν συνιστάμενο στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Φυ= μαγνητική ροή συστήματος τάσης. Φι= μαγνητική ροή συστήματος έντασης. Κάτω απ' αυτές τις συνθήκες αναπτύσσονται δινορεύματα στο δίσκο, πάνω στα οποία ασκούνται δυνάμεις Laplace με αποτέλεσμα να έχουμε περιστροφή. Στο δίσκο του οργάνου ασκείται μία μικρή ροπή και όταν δεν έχουμε συνδεδεμένη κατανάλωση στο όργανο. Για να αποφύγουμε τη μικρή ροπή στρέψης που αναπτύσσεται σ' αυτή την περίπτωση, τοποθετούμε στο όργανο ένα μικρό μόνιμο μαγνήτη και ένα μικρό σιδερένιο κομμάτι στον άξονα. Όταν στο μετρητή συνδέσουμε ένα άεργο καταναλωτή, ο δίσκος δεν θα περιστραφεί. Η κινούσα ροπή Μκ που αναπτύσσεται στο όργανο είναι ανάλογη της τάσης U, του ρεύματος Ι, του συνημίτονου της γωνίας φ και μιας σταθεράς c, δηλαδή: Μκ = CUΙσυνφ (C= στροφές που παίρνει ο δίσκος, για να έχουμε μία Kwh). Με βάση τα παραπάνω ο δίσκος μετράει την πραγματική ισχύ που απορροφά, ο καταναλωτής, επί το χρόνο που αυτός είναι συνδεδεμένος στο κύκλωμα. Επομένως ο μετρητής μετράει την ενέργεια που καταναλώνεται από ένα μονοφασικό καταναλωτή. 1

2 Όταν ο μετρητής ηλεκτρικής ενέργειας είναι τριφασικός, χρησιμοποιούνται τρεις αμπερομετρικοί και τρεις βολτομετρικοί ηλεκτρομαγνήτες κατάλληλα συνδεδεμένοι, για να μπορεί ο μετρητής να μετράει ενέργεια που καταναλώθηκε από τριφασικό ή μονοφασικό φορτίο. Βασικές συνδεσμολογίες επαγωγικών μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας. Για μεγάλους καταναλωτές οι μετρητές συνοδεύονται με Μ/Σ έντασης. Σημείωση: Σε περιπτώσεις που έχουμε ειδικά τιμολόγια μέσης ή υψηλής τάσης, επειδή η επιβάρυνση έχει σχέση με τη μέγιστη ζήτηση ισχύος και την κατανάλωση άεργης ισχύος, τοποθετούνται μετρητές με δείκτη για την μέγιστη ζήτηση και μετρητές άεργης ισχύος. 2

3 Τριφασικός μετρητής με 3 πηνία τάσεως και 3 πηνία εντάσεως, συνδεδεμένος σε σύστημα 4 αγωγών 1.Βραχυκυκλωτήρας σπείρας 2.Ρύθμιση ροπής αντιδράσεως μονίμου μαγνήτη 3.Μόνιμος μαγνήτης 4.Ρύθμιση πηνίου τάσεως για μικρά φορτία 5.Ρύθμιση της αντιδρώσας στις τρβές ροπής 6.Ρύθμιση εκκινήσεως 7.Σημαία 8.Πτερύγιο συγχρονισμού ροπής στρέψεως 3

4 Εκτίμηση του σφάλματος μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας Για τον υπολογισμό του σφάλματος σε ένα μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας θα πρέπει να γνωρίζουμε τη σταθερά c του μετρητή, την ισχύ του καταναλωτή σε KW και τις στροφές που φέρνει ο δίσκος, όταν ο καταναλωτής είναι συνδεδεμένος για ορισμένο χρονικό διάστημα στο κύκλωμα. Στην περίπτωση αυτή έχουμε: C`=n /P.t όπου: P= ισχύς της κατανάλωσης σε W. t = χρόνος λειτουργίας σε sec. η = στροφές που έφερε ο δίσκος στο χρόνο t. Το σχετικό σφάλμα είναι: F%=C`-C/C. 100 Για F > 0 ζημιώνεται ο πελάτης. Για F < 0 ζημιώνεται η Δ.Ε.Η. Υπάρχει η δυνατότητα χρησιμοποιήσεως μετρητή Η.Ε. με δύο τιμολόγια (ημερήσιο και νυκτερινό) Η αλλαγή των τιμολογίων γίνεται αυτόματα, συνήθως με εντολή που στέλνει η ΔΕΗ (με σύστημα ακουστικής συχνότητας ΤΑΣ) σε ένα ηλεκτρονόμο κατά τις ώρες που δεν παρουσιάζεται αιχμή φορτίου.ο μετρητής έχει δύο δίσκους Παράδειγμα: Σε ένα καταναλωτή ισχύος 2 KW συνδέθηκε μετρητής ηλεκτρικής ενέργειας σταθεράς C = 1200 στρ/kwh και έφερε σε χρόνο t = 1 min 44στροφες. Να γίνει έλεγχος αν ο μετρητής λειτουργεί σωστά. Προσδιορισμός της ισχύος καταναλωτή, με τη βοήθεια μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας και χρονομέτρου. 4

5 Αν για καταναλωτή άγνωστης ισχύος γνωρίζουμε την ΗΕ πουκατανάλωσε (με τη βοήθεια μετρητή) σε χρόνο λειτουργίας t μπορούμε να υπολογίσουμε την ισχύ που απορροφά ο καταναλωτής από το δίκτυο από τη γνωστή σχέση Ρ = Ε/t. Όταν ο καταναλωτής απορροφά πολύ μικρή ισχύ,είναι αδύνατη η ακριβής ανάγνωση από το μετρητή της ΗΕ που καναλώθηκε, πλήν όμως μπορούμε να εκτιμήσουμε αυτή μέσω της σταθεράς C μπορούμε να την υπολογίσουμε από τις στροφές που φέρνει ο δίσκος του μετρητή σε ορισμένο χρόνο λειτουργίας t του καταναλωτή όπως παρακάτω: Αν για μία κιλοβατώρα ο δίσκος φέρνει C στροφές, για πόσες κιλοβατώρες o δίσκος έφερε η στροφές; Χ = E =η/c σε Kwh και Ρ = E/t σε KW. t σε ώρες Παράδειγμα: Να υπολογισθεί η ισχύς καταναλωτή, που όταν συνδέθηκε σε μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας σταθεράς C = 1000στρ/KWh, σε χρόνο λειτουργίας t = 1 min, ο δίσκος έφερε η = 1 στροφή; Β. Πειραματικό μέρος 1.Σκοπός Η απόκτηση ικανότητας: α. Στον τρόπο συνδεσμολογίας του οργάνου. β. Στη μέτρηση της ηλεκτρικήc ενέργειας με τριφασικό επαγωγικό μετρητή. 2.Οργανα και υλικά που θα χρησιμοποιηθούν α. Πηγή Ε.Ρ. 380 V. β. Τριφασικός επαγωγικός μετρητής με ουδέτερο. γ. Καθαρά ωμικός καταναλωτής (μονοφασικός και τριφασικός). δ. Καθαρά χωρητικός καταναλωτής (μονοφασικός και τριφασικός). ε. Τρία πηνία μεγάλης επαγωγικής αντίστασης. Σύνθετος καταναλωτής με χωρητική συμπεριφορά (μονοφασικός και τριφασικός). 5

6 Σύνθετος καταναλωτής με επαγωγική συμπεριφορά (μονοφασικός και τριφασικός). 3. Πορεία εργασίας Για την επιτυχία του παραπάνω σκοπού, θα πρέπει: 4.1. Να γίνει η συνδεσμολογία του κυκλώματος Να γίνει έλεγχος της συνδεσμολογίας και τροφοδοσία του κυκλώματος, παρουσία του υπεύθυνου καθηγητή Να σημειώσετε την ένδειξη του οργάνου Να διακόψετε την τροφοδοσία Να επαναλάβετε την παραπάνω διαδικασία για όλα τα είδη φορτίων Να διακόψετε την τροφοδοσία, να αποσυναρμολογηθεί το κύκλωμα και να επιστραφούν τα υλικά και τα όργανα. 4. Εφαρμογές Ένας καταναλωτής ισχύος 4KW συνδέθηκε σε τριφασικό μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας με σταθερά C = 1200στρ/min. Ο δίσκος του μετρητή σε χρόνο t=l0min έφερε 800 στροφές. Να γίνει έλεγχος αν ο μετρητής λειτουργεί σωστά. Τι θα συμβεί σε ένα μετρητή ηλεκτρικής Ενέργειας αν αλλάξουμε τη θέση των αγωγών εισόδου του ρεύματος με τη θέση τω ν αγωγών εξόδου ; Να γένει το σχέδιο συνδεσμολογίας τριφασικού επαγωγικού μετρητή με ουδέτερο. 6